uIP的ARP协议分析

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址（MAC）的一个TCP/IP协议。在三层网络层我们确定了IP地址后，信息来到了二层进行再封装，在二层需要MAC地址，这时就通过三层的IP去寻找二层的MAC。
信息沿着下图的黑线路径进行传播，从高层往低层是不断封包，从低层往高层是不断解包。

下图是ARP的帧格式

结构ether_header定义了以太网帧首部；结构arphdr定义了其后的5个字段，其信息用于在任何类型的介质上传送ARP请求和回答；ether_arp结构除了包含arphdr结构外，还包含源主机和目的主机的地址。
分析一下ARP包头。头两个字节是硬件类型0x0001，接着两个字节是协议类型，即ARP使用的是IP协议代号0x0800。硬件地址长度和协议地址长度分别是6和4。这与ARP报文格式是对应的。后面的2个字节OP指示当前包是请求包还是应答包，对应的值分别是0x0001和0x0002。
下图是用Wireshark抓取的ARP包，上图是请求包（PC发往uIP），请求时，是向局域网询问，而不是向整个Internet询问，下图是应答包（uIP发往PC），可以注意到的是，请求包是42字节，而应答包是经过填充的60字节。至于原因，其实还没有想清楚。

下面是uIP的主要结构，是官方提供的主要使用格式，可以将while中的函数封装成一个轮询函数uip_polling()，需要循环起来。uIP在不同的应用中，函数uip_polling()都不需要改，需要改的是宏UIP_APPCALL，在uIP中，使用的都是UIP_APPCALL，若改成自己的函数，就会运行我们的函数啦。
时钟对于uIP来说是非常重要的，如果缺少了时钟，那么uIP只会ping和arp，TCP和UDP都需要时钟的支持。时钟的完成我们需要用到定时器中断，如果用uCOS的话，就可以把systick中断定时拿来当做uIP时钟。

//将以下声明放入uip_app.h，然后在uip_conf.h中，加入#include"uip_app.h"
void tcp_appcall(void);
#ifndef UIP_APPCALL
  #define UIP_APPCALL tcp_appcall
#endif

//uIP初始化
int i;
uip_ipaddr_t ipaddr;
struct timer periodic_timer, arp_timer;

timer_set(&periodic_timer, CLOCK_SECOND / 2);
timer_set(&arp_timer, CLOCK_SECOND * 10);

tapdev_init();
uip_init();

uip_ipaddr(ipaddr, 192,168,0,2);
uip_sethostaddr(ipaddr);
uip_ipaddr(ipaddr, 192,168,0,1);
uip_setdraddr(ipaddr);
uip_ipaddr(ipaddr, 255,255,255,0);
uip_setnetmask(ipaddr);
while(1) {
    //从网络设备读取一个IP包，数据长度uip_len在uip.c中定义
    uip_len = tapdev_read();
    if(uip_len > 0) {
        //处理IP数据包（只有校验通过的IP包才会被接收）
        if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP)){//是否是IP包，这里的类型指的是以太帧结构中的类型，即MAC地址后面的类型
            uip_arp_ipin();//空
            uip_input();//IP包处理，若有需要返回的数据，则存入uip_buf,长度为uip_len，这两个变量是全局变量
            if(uip_len > 0) {
            //目的地址是否在一个局域网，若是，查ARP表；若不是，MAC地址填写默认路由器地址（网关）。
            //查ARP表，若IP在表中，取MAC地址即可；若IP不在表中，将发送ARP包来取代本来要发送的IP包
                uip_arp_out();
                tapdev_send();//发送数据到以太网
            }
        }
        else if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_ARP)){//是否是ARP包
            //如果收到的ARP为请求，就想自己的信息放入uip_buf并顺便根据请求者的信息更新ARP表；
            //如果是回应包，就更新ARP表
            uip_arp_arpin();
            if(uip_len > 0) {
                tapdev_send();//发送数据到以太网
            }
        }
    }
    else if(timer_expired(&periodic_timer)) {//定时器定时，可以为0.5s
        timer_reset(&periodic_timer);//复位定时器
        for(i = 0; i < UIP_CONNS; i++) {//轮流处理每个TCP连接
            uip_periodic(i);//处理TCP通信事件，若有需要返回的数据，则存入uip_buf,长度为uip_len，这两个变量是全局变量
            if(uip_len > 0) {
                uip_arp_out();
                tapdev_send();
            }
        }
#if UIP_UDP
        for(i = 0; i < UIP_UDP_CONNS; i++) {//轮流处理每个UDP连接
            uip_udp_periodic(i);//处理UDP通信事件
            if(uip_len > 0) {
                uip_arp_out();
                tapdev_send();
            }
        }
#endif /* UIP_UDP */
        if(timer_expired(&arp_timer)) {//建议为每隔10s调用一次ARP更新
            timer_reset(&arp_timer);
            uip_arp_timer();
        }
    }
}

【Reference】http://www.cnblogs.com/laojie4321/archive/2012/04/12/2444187.html